JP2011185900A - 検査方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被検査対象であるパターンドメディアからなる磁気記録媒体の微細なパターンの形状欠陥を高速で検査できるようにする。
【解決手段】パターンドメディアの欠陥検査方法において、検出された分光波形データをデータベースに記憶しておいたパターン形状が既知の標準試料の分光反射率波形データと比較して、欠陥を検出し、この検出した欠陥の分光波形データと標準試料の分光反射率波形データとの検出波長ごとの差異に基づいて欠陥の種類を判定するようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、パターン形状の良否判定を行う検査方法およびその装置に係り、特にパターンドメディアに形成されたパターンからの反射光の分光波形の波長の違いによる形状の弁別を行い、パターン形状の良否判定を行う検査技術に関する。

ハードディスクの記録容量は年々増加傾向にある。容量を増大させる技術の一つとして、導入が期待されているのがパターンドメディアである。パターンドメディアには、ディスクリートトラックメディアとビットパターンドメディアの２つがある。ディスクリートトラックメディアとはメディアディスク上に同心円状のトラックパターンを形成する方式で、ビットパターンドメディアとは無数のビットパターンを形成する方式である。

パターンドメディアでは、上記のパターンをディスク表面に物理的に形成し、形成したパターンに磁気情報を記録するものである。隣接するパターンとの間に物理的に空間ができることにより、従来よりも記録密度を増加することが可能となる。

パターンの形成には、ナノインプリント技術を用いる方法が有力視されているが、パターンの大きさや形状のばらつきがある場合には、磁気記録媒体は正常に動作せず不良となる場合がある。そのため、パターン形状が適切に形成されているか検査することが必要となる。
従来、ディスク表面の欠陥を検出する検査方法として特許文献３に記載の方法がある。この方法は、レーザ光をディスク表面に照射し、その散乱光および正反射光を検出する受光素子から得る信号により欠陥の弁別（凹凸判定）を行うものである。

特許文献１および２には、スピンドルを比較的遅いスピードで回転させながら分光検出によりパターンドメディアの表面を検査することに関する発明が記載されている。一方、特許文献３には、スピンドルを高速に回転させながらディスク表面をスパイラルに走査してディスク表面の欠陥を検査する事に関する発明が記載されている。

特開 ２００９−２５７９９３号公報 特開 ２００９−１５０８３２号公報 特開 ２００８−２６８１８９号公報

特許文献１および特許文献２においては、パターンドメディアのようなディスク表面に形成された微細なパターンの詳細な検査が可能となるが、検出した信号を処理するのに時間を要し、大量のディスクを短いタクトタイムで処理しなければならない実際の生産ラインに適用することが難しい。

また、特許文献３に記載された発明は散乱光検出による平坦なディスク表面上の欠陥や異物を検出する技術に関するものであって、微細なパターン形状欠陥を検査する点について考慮されていなかった。

本発明の目的は、被検査対象であるパターンドメディアからなる磁気記録媒体の微細なパターンの形状欠陥を高速で検査できるようにしたパターン形状検査方法およびその装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明ではパターンドメディアの欠陥検査方法において、検出された分光波形データをあらかじめ記憶しておいた波形データと比較することにより、パターンの幅、高さおよび下地の厚さについて判定できるようにした。

即ち、本発明では、表面にパターンが形成された試料を保持し保持した試料を回転させる回転軸部と、試料を保持した回転軸部を検査位置に搬送する搬送部と、回転軸部に保持された状態で搬送部により検査位置に搬送された試料に複数の波長を含む光のスポットを照射してスポット光が照射された試料上の領域からの反射光を分光して検出する分光検出光学系部と、分光検出光学系部で試料からの反射光を分光して検出して得た信号を処理して試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定する信号処理部とを備えた検査装置において、信号処理部を、分光検出光学系部で反射光を分光して検出した信号を処理して分光反射率データを得る分光反射率データ取得手段と、正常パターンからの反射光の分光反射率データ及び正常パターンからのずれが許容できるパターンからの反射光の分光反射率データを記憶するデータベース手段と、分光反射率データ取得手段で取得した分光反射率データをデータベース手段に記憶しておいた分光反射率データと比較してデータベース手段に記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータを抽出するデータ処理手段と、データ処理手段で抽出したデータベース手段に記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータの情報を用いて試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定する欠陥判定手段とを備えて構成した。

また、本発明では、表面にパターンが形成された試料を回転軸部で保持し、試料を保持した回転軸部を検査位置に搬送し、回転軸部に保持された状態で検査位置に搬送された試料に複数の波長を含む光のスポットを照射して該スポット光が照射された試料上の領域からの反射光を分光して検出し、試料からの反射光を分光して検出して得た信号を処理して試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定する検査方法において、試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定することを、反射光を分光して検出して得た分光反射率データを予め記憶しておいた分光反射率データと比較して予め記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータを抽出し、抽出した予め記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータの情報を用いて試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定するようにした。

本発明によれば、パターンドメディアのパターン形状欠陥を検出し、その欠陥の種類を特定する場合において、扱うデータ量を低減することができ、データ処理時間を短縮してリアルタイムでの処理を可能にするとともに、データ処理部を小型化・軽量化することが可能になった。

検査装置の概略の構成を示すブロック図である。 検査装置の動作の流れを説明するフロー図である。 光学系の概略の構成を示すブロック図である。 パターンが形成されたディスクの断面図である。 分光反射率分布を測定した結果の例を示すグラフである。 ディスク表面の検査の流れを説明するフロー図である。 検査結果を表示する例を示す画面の正面図である。

本発明に係るハードディスク検査装置について図を用いて説明する。
図１は本実施例によるハードディスク検査装置１００の概略の構成を示したものである。検査装置は、検査対象である表面にレジストパターンが形成されたハードディスク（ハードディスクメディア）２０７に検出光を照射し検査対象からの反射光を分光検出する分光検出光学系１０２と、検査対象を保持し高速で回転を行なうスピンドル部１０３と、スピンドル部を搬送側と光学系側の入れ替えを行なうターンテーブル部１０４と、検査対象上を光学系が走査できる光学ステージ部１０１と、検査対象の表裏反転を行なう反転部１０５、分光検出光学系１０２、スピンドル部１０３、ターンテーブル部１０４、光学ステージ部１０１や反転部１０５の動作を制御する制御部１２０及び分光検出データに基づいて検査対象表面に形成されたパターンの形状または形状異常を検出するデータ処理部１１０、分光検出光学系１０２からの出力信号を処理する分光波形処理部１１２を備えて構成される。データ処理部１１０には表示部１１１が備えられている。

図１に示したハードディスク検査装置１００を用いてハードディスクメディア２０７の表面に形成されたレジストパターンを検査する手順を図２のフローチャートを用いて説明する。

まず検査対象であるハードディスクメディア２０７を図示していないハンドリングユニットを用いてスピンドル部１０３に供給されて固定される（Ｓ２０１）。次に、ターンテーブル１０４が１８０度回転してスピンドル部１０３は表面検査用の分光検出光学系１０２の側に移動する（Ｓ２０２）。表面検査用の分光検出光学系１０２の側に移動したスピンドル部１０３は高速回転を開始し（Ｓ２０３）、スピンドル部１０３に固定した検査対象のハードディスクメディア２０７を高速回転させる。このスピンドル部１０３の高速回転に同期して光学系ステージ１０１を移動させる（Ｓ２０４）ことにより、ハードディスクメディア２０７の表側の面がスパイラル状に全面走査される（Ｓ２０５）。表面検査用の分光検出光学系１０２により得られた検査データはデータ処理部１１０にて処理されてパターン形状等の判定が行われ、判定結果は表示部１１１に表示される。

ハードディスクメディア２０７の表側の面の検査を終了するとターンテーブル１０４は反転して図示していないハンドリングユニットにより供給された位置に戻る（Ｓ２０６）。次にハードディスクメディア２０７は反転部１０５により反転されてガイドレール１０８に沿って隣のターンテーブル１０７の側に移動し、スピンドル部１０６に供給されて固定される（Ｓ２０７）。スピンドル部１０６にハードディスクメディア２０７が固定された後、ターンテーブル１０７は１８０度回転してハードディスクメディア２０７は裏面検査用の分光検出光学系１０９の側に移動する（Ｓ２０８）。

裏面検査用の分光検出光学系１０９の側に移動したスピンドル部１０６は高速回転を開始し（Ｓ２０９）、スピンドル部１０６に固定した検査対象のハードディスクメディア２０７を高速回転させる。このスピンドル部１０６の高速回転に同期して光学系ステージ１０１を移動させる（Ｓ２１０）ことにより、ハードディスクメディア２０７の裏側の面がスパイラル状に全面走査される（Ｓ２１１）。裏面検査用の分光検出光学系１０９により得られた検査データはデータ処理部１１０にて処理されてパターン形状等の判定が行われ、判定結果は表示部１１１に表示される。

ハードディスクメディア２０７の裏側の面の検査を終了するとターンテーブル１０７は反転して図示していないハンドリングユニットにより供給された位置に戻り（Ｓ２１２）、図示していないハンドリングユニットによりハードディスクメディア２０７がハードディスク検査装置１００から取り出される（Ｓ２１３）。

つぎに、表面検査用の分光検出光学系１０２又は裏面検査用の分光検出光学系１０９の構成について図３を用いて説明する。

分光検出光学系１０２（１０９）は、図３に示すように光学ステージ１０１の上に固定されており、遠紫外(ＤＵＶ)光を含む広帯域の光を発射する光源３０１、光源３０１から発射された光を集光する集光レンズ３０２、スピンドル１０３（１０７）に保持されている検査対象であるハードディスクメディア２０７上の検出視野を決める開口部３０３１を有する視野絞り３０３、検査対象であるハードディスクメディア２０７に適するように照明光を特定方向に偏光させる偏光子３０４、偏光された照明光の光路を検査対象であるハードディスクメディア２０７の側に折り曲げるハーフミラー３０５、照明光を検査対象であるハードディスクメディア２０７の表面に集光させる対物レンズ３０６、ハードディスクメディア２０７の表面で反射されて再び対物レンズ３０６で集光されハーフミラー３０５を透過した反射光を通過させて周辺からの迷光をカットするための開口部３０７１を有する絞り３０７、及び絞り３０７を通過した反射光を分光する回折格子３０８と回折格子３０８で分光された分光波形を検出する複数の検出画素を一列に配置したリニア光検出器３０９とを有する分光器３１０を備えて構成されている。

分光器３１０のリニア光検出器３０９で検出された分光波形信号は、分光波形処理部１１２に送られてＡ/Ｄ変換されたのち、データ処理部１１０へ送られ処理されて検査対象であるハードディスクメディア２０７のパターン形状が検査される。

次に、図３に示した構成の分光検出光学系１０２（１０９）でパターン形状の検査を行う方法について説明する。

まず、制御部１２０で制御して光学ステージ１０１を検査開始位置にセットし、スピンドル１０３（１０７）を高速に回転させることによりスピンドル１０３（１０７）に保持されている検査対象であるハードディスクメディア２０７を高速に回転させた状態で、光学ステージ１０１を一定の速度で一方向に移動させる。制御部１２０で制御された光源３０１からは、遠紫外（ＤＵＶ）光を含む広帯域(多波長)の照明光(例えば、波長が２００〜８００ｎｍ)を発射する。光源３０１としては、Ｘｅランプ、ハロゲンランプ、重水素ランプ、水銀ランプなどを用いることができる。

光源３０１から発射された光は、集光レンズ３０２により視野絞り３０３の開口部３０３１の位置に集光される。この視野絞り３０３の開口部３０３１に集光された光の像は、対物レンズ３０６により検査対象であるハードディスクメディア２０７の表面に結像される。また、視野絞り３０３を通過した照明光は制御部１２０で制御されている偏光制御部３０４により予め設定した偏光状態に調整された後、ハーフミラー３０５で一部が対物レンズ３０６の方向に反射されて対物レンズ３０６を透過してハードディスクメディア２０７に照射される。この偏光制御部３０４による偏光状態の制御は、ハードディスクメディア２０７に形成されたパターンの形状計測を高感度に行う条件から照明光の偏光方向を予め求めておいてデータベース部１３０に記憶しておくことにより、検査対象に応じて最適な偏光条件を設定することができる。

視野絞り３０３の開口部３０３１の像が投影されたハードディスクメディア２０７からの反射光は、再び対物レンズ３０６に入射してその一部がハーフミラー３０５を透過して絞り３０７に達する。ここで視野絞りの位置を調整することにより、対物レンズを透過したハードディスクメディア２０７からの反射光の像が絞り３０７の開口部３０７１の位置に結像される。絞り３０７の開口部３０７１の大きさをハードディスクメディア２０７上の検出視野(視野絞り３０３の開口部３０３１の像が投影された領域)の大きさに合わせることにより、迷光や絞り３０７上に結像しない光を遮断することができる。

絞り３０７の開口部３０７１を通過したハードディスクメディア２０７上の検出視野からの反射光（正反射光）は、分光光学系３１０の回折格子３０８に到達し、回折格子３０８で波長に応じて回折された分光波形となり、複数の検出素子が配列されたリニア光検出器３０９で波長ごとに検出される。リニア光検出器３０９で検出された分光波形検出信号は分光波形処理部１１２に入力してＡ/Ｄ変換され、デジタル化した分光反射率波形が得られる。このデジタル化した分光反射率波形はデータ処理部１１０へ送られて処理され、検査対象であるハードディスクメディア２０７上に形成されたパターンの形状が検査される。

次に、データ処理部１１０で実行するパターン形状の検査方法について説明する。まず、予め正常な凹凸パターンを有するパターン形状が既知の標準試料の分光反射率波形データを取得してデータベース部１３０に記憶しておく。また、この標準試料の分光反射率波形データに基づいて電磁波解析により凹凸パターン形状（図４に示すような、レジストパターンの高さ、幅、下地の厚さなど）が変化した場合の分光反射率波形を求めてデータベース部１３０に記憶しておくとともに、凹凸パターン形状変化の限界値に対応する分光反射率波形データを決めてデータベース部１３０に登録しておく。即ち、図５に示すように、正常な凹凸パターンの分光反射率波形データ５０２と許容される凹凸パターンの形状変化の限界に対応する分光反射率波形データ５０３および５０４をデータベース部１３０に登録しておく。なお、図５において横軸は検出波長に対応する検出器のチャンネル（ｃｈ）番号を示しており、チャンネルの番号は検出波長に対応しており、番号が大きくなるほど検出波長が長いことを示している。

凹凸パターンの形状で、例えば高さが変化した場合と幅が変化した場合とで、分光反射率波形の変化の仕方が異なる。即ち、凹凸パターン形状の不良の原因に応じて分光反射率波形が異なる。この特性を利用して、予め凹凸パターン形状の不良の原因と分光反射率波形特性との関係をデータベース部１３０に登録しておき、検査対象試料を検査して得られた分光反射率波形データを標準試料の分光反射率波形データと比較して許容値を超える波長帯域の分布特性を求め、データベース部１３０に登録しておいた凹凸パターン形状の不良の原因と分光反射率波形特性との関係の情報から検査対象試料のパターン形状の欠陥を検出し、その欠陥の種類を特定することができる。

実際の検査における処理のフロー(図２のＳ２０５及びＳ２１１の処理)を、図６を用いて説明する。検査対象であるハードディスクメディア２０７を用いて図３に示した構成の分光検出光学系１０２（１０９）で分光反射率波形を検出し（Ｓ６０１）、図５の５０１に示したような分光反射率のデータを得る（Ｓ６０２）。次に、測定データ５０１とデータベース部１３０に登録しておいた正常な凹凸パターンの分光反射率波形データ５０２と許容される凹凸パターンの形状変化の限界に対応する分光反射率波形データ５０３および５０４とを比較し（Ｓ６０３）、測定データ５０１のうち許容される凹凸パターンの形状変化の限界に対応する分光反射率波形データ５０３および５０４を越えている部分を抽出する（Ｓ６０４）。次に、測定データ５０１のうちこの抽出した波長帯域の情報をデータベース部１３０に登録しておいた凹凸パターン形状の不良の原因と分光反射率波形特性との関係の情報から検査対象試料のパターン形状の欠陥を検出し（Ｓ６０５）、その欠陥の種類を特定する（Ｓ６０６）。

このように、検出した分光反射率波形データのうち許容される凹凸パターンの形状変化の限界に対応する分光反射率波形データ５０３および５０４を越えている部分を抽出して処理するので、全ての検出分光反射率波形データを処理してパターン形状の欠陥を検出し、その欠陥の種類を特定する場合に比べて、扱うデータ量を低減することができ、データ処理時間を短縮してリアルタイムでの処理を可能にするとともに、データ処理部１１０を小型化・軽量化することが可能になった。

なお、上記した実施例においては、パターンドメディア上に形成されたレジストパターン形状を検査する場合について説明したが、レジストパターンをマスクとしてエッチング処理することにより形成された磁性膜のパターン形状を検査する場合にも適用できる。

例えば、図５に示すように測定結果５０１がch1でースライス５０４を下回り、ch2、ch6、ch7が＋スライス５０３を超えた場合は、データベース部１３０に登録しておいた凹凸パターン形状の不良の原因と分光反射率波形特性との関係を参照することにより、パターンの幅が基準より大きいと判定することができる。

図７に判定結果をデータ処理部１１０の表示画面１１１に表示した例を示す。表示画面１１１には、ハードディスクメディア上の欠陥マップ７０１、欠陥個数７０４、判定結果７０３、ディスク情報等７０２を表示する。図７の例では欠陥を点で表示しているが、欠陥の種類ごとの分布を領域で表示しても良い。

以上の結果、実施例の検査装置により、例えばパターンドメディアのパターン形状の異常を高速に検出することが可能となる。

１００・・・ハードディスク検査装置 １０１・・・光学ステージ １０２、
１０９・・・分光検出光学系 １０３，１０６・・・スピンドル １０４、
１０７・・・ターンテーブル １０５・・・反転部 １１０・・・データ処理部 １１２・・・分光波形処理部 １２０・・・全体制御部 １３０・・・データベース部 ３０１・・・光源 ３０３・・・視野絞り ３０４・・・偏光制御部 ３０６・・・対物レンズ ３０８・・・回折格子 ３０９・・・リニア光検出器 ３１０・・・分光光学系。

Claims (12)

1. 表面にパターンが形成された試料を保持し該保持した試料を回転させる回転軸部と、
   該試料を保持した回転軸部を検査位置に搬送する搬送部と、
   前記回転軸部に保持された状態で前記搬送部により検査位置に搬送された試料に複数の波長を含む光のスポットを照射して該スポット光が照射された試料上の領域からの反射光を分光して検出する分光検出光学系部と、
   該分光検出光学系部で前記試料からの反射光を分光して検出して得た信号を処理して前記試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定する信号処理部と
   を備えた検査装置であって、前記信号処理部は、
   前記分光検出光学系部で反射光を分光して検出した信号を処理して分光反射率データを得る分光反射率データ取得手段と、
   正常パターンからの反射光の分光反射率データ及び該正常パターンからのずれが許容できるパターンからの反射光の分光反射率データを記憶するデータベース手段と、
   前記分光反射率データ取得手段で取得した分光反射率データを前記データベース手段に記憶しておいた分光反射率データと比較して前記データベース手段に記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータを抽出するデータ処理手段と、
   該データ処理手段で抽出した前記データベース手段に記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータの情報を用いて前記試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定する欠陥判定手段と
   を備えたことを特徴とする検査装置。
2. 前記データ処理手段は、前記分光反射率データ取得手段で取得した分光反射率データを前記データベース手段に記憶しておいた正常パターンからの反射光を分光して検出して得た分光反射率データ及び正常パターンからのずれが許容できるパターンからの反射光を分光して検出して得た分光反射率データと比較して前記反射光を分光して検出して得た分光反射率データのうち前記記憶しておいた正常パターンからのずれが許容できるパターンの分光反射率データを超える分光反射率データを抽出することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
3. 前記分光検出光学系部を搭載して該分光検出光学系部を前記回転軸に保持された試料の半径方向に移動させるステージ部を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
4. 前記回転軸部と前記搬送部と前記分光検出光学系部とを２組備え、一方の組の前記分光検出光学系部で検査を終えた試料を前記回転軸部から外して反転させた後に前記２組のうちの他方の組の回転軸部に保持させる試料反転部を更に備えたことを特徴とする請求項１記載の検査装置。
5. 前記分光検出光学系部は、可視光から遠紫外光を含む波長帯域の光のスポットを前記パターンドメディアに照射する光照射手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
6. 前記試料の表面に形成されたパターンがレジストのパターンであることを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
7. 前記欠陥判定手段は、欠陥の種類として、パターンの幅、高さおよび下地の厚さに関する欠陥を判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の検査装置。
8. 表面にパターンが形成された試料を回転軸部で保持し、
   該試料を保持した回転軸部を検査位置に搬送し、
   前記回転軸部に保持された状態で前記検査位置に搬送された試料に複数の波長を含む光のスポットを照射して該スポット光が照射された試料上の領域からの反射光を分光して検出し、
   該試料からの反射光を分光して検出して得た信号を処理して前記試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定する
   検査方法であって、前記試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定することを、
   前記反射光を分光して検出して得た分光反射率データを予め記憶しておいた分光反射率データと比較して該予め記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータを抽出し、
   該抽出した予め記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータの情報を用いて前記試料上のパターンの欠陥と欠陥の種類とを判定する
   ことを特徴とする検査方法。
9. 前記予め記憶しておいた分光反射率データからのずれ量が許容できる範囲を超えたデータを抽出することを、前記反射光を分光して検出して得た分光反射率データを予め記憶しておいた正常パターンからの反射光を分光して検出して得た分光反射率データ及び正常パターンからのずれが許容できるパターンからの反射光を分光して検出して得た分光反射率データと比較して前記反射光を分光して検出して得た分光反射率データのうち前記記憶しておいた正常パターンからのずれが許容できるパターンの分光反射率データを超える分光反射率データを抽出することのより行うことを特徴とする請求項８記載の検査方法。
10. 前記試料に照射する光が、可視光から遠紫外光を含む波長帯域の光であることを特徴とする請求項８又は９に記載の検査方法。
11. 前記試料の表面に形成されたパターンがレジストのパターンであることを特徴とする請求項８又は９に記載の検査方法。
12. 前記試料上のパターンの欠陥の種類として、パターンの幅、高さおよび下地の厚さに関する欠陥を判定することを特徴とする請求項８又は９に記載の検査方法。

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